메카트로닉 시스템 설계를 위한 MATLAB, Simulink, Simscape

메카트로닉 시스템의 설계, 최적화 및 검증

메카트로닉 시스템 개발은 물리적 서브시스템과 제어 시스템, 임베디드 소프트웨어의 통합이 필요합니다. 엔지니어는 Model-Based Design을 이용하여, 여러 전문 분야에 걸친 메카트로닉 시스템을 초기 개발부터 생산 단계까지 모델링, 시뮬레이션, 검증합니다.

MATLAB®, Simulink®, Simscape™를 이용하면 다음을 할 수 있습니다.

  • 알고리즘 설계부터 플랜트 거동까지 복잡한 시스템의 상호작용을 이해할 수 있습니다.
  • 다수의 팀과 병렬로 작업하여 개발 속도를 높일 수 있습니다.
  • 시스템 성능을 예측하고 최적화할 수 있습니다.
  • 메카트로닉 시스템의 품질을 개선하고 적은 수의 하드웨어 프로토타입으로 테스트할 수 있습니다.
  • 시뮬레이션 모델에서 자동으로 코드를 생성함으로써 핸드 코딩 오류를 없앨 수 있습니다.
  • 설계 요구 사항부터 코드까지 지속해서 추적성을 제공합니다.
  • 설계 모델을 디지털 트윈으로서 모델로 재사용할 수 있습니다.

"Model-Based Design에 Simulink를 사용함으로써 저희는 Bionic Handling Assistant에 필요한 정교한 공기압 제어기와 기타 메카트로닉 설계를 개발할 수 있었습니다. Simulink PLC Coder를 이용하여 이제 설계부터 생산까지의 과정이 훨씬 쉬워졌습니다."

Dr. Rüdiger Neumann, Festo

메카트로닉 시스템 설계에 MATLAB, Simulink, Simscape 사용하기

모델링

Simscape로 시스템 또는 컴포넌트 레벨의 모델을 개발하여 전기, 기계 또는 유체 영역의 물리적 시스템을 표현하십시오. 기존 CAD 파일에서 설계를 가져와서 3차원 물리적 구성요소와 SPICE 서브회로를 시각화하여 특정 제조사의 거동을 포함시키십시오. 시뮬레이션을 통해 개발 초기에 시스템 성능을 최적화하고 통합 에러를 사전에 방지하십시오. 가상 시운전 또는 디지털 트윈을 위해 시뮬레이션 모델의 용도를 변경하십시오.


제어 설계와 감독 로직

비선형 물리 모델을 선형화하여 보드 플롯 또는 근궤적 같은 선형 제어 기법을 이용한 폐루프 제어 시스템을 개발하거나 모델 예측 제어 또는 강인 제어 같은 고급 제어 전략을 활용하십시오. 사전에 구축된 함수와 상호작용 툴을 활용하여 제어기를 자동으로 튜닝하고 최적화함으로써 시스템의 성능 요구 사항과 안정성 제약 조건을 충족시키십시오. 오버슈트, 상승 시간, 위상 여유, 이득 여유 등 시간 및 주파수 영역의 주요 성능 및 안정성을 분석하십시오.

감독적 제어와 오류 처리를 위한 상태 머신을 개발하고 검증하십시오. 그래픽 애니메이션으로 잠재적인 설계 오류를 식별하면서 감독 로직을 분석하고 디버그하십시오.


HIL(Hardware-in-the-Loop) 테스트 및 래피트 컨트롤 프로토타입핑

래피드 컨트롤 프로토타입핑(RCP)으로 알고리즘을 정교화하여 생산 환경에 대비하십시오. 플랜트 및 환경 모델에 HIL(Hardware-in-the-Loop) 시뮬레이션을 사용하여 물리적 프로토타입을 줄이십시오. Speedgoat 하드웨어에서 실시간 시뮬레이션을 실행하고 MATLAB에서 결과를 분석하여 메카트로닉 시스템의 성능을 높이십시오.


생산 코드 생성

최적화된 C, C++, IEC 61131-3(구조 텍스트(ST) 및 래더 다이어그램(LD)), CUDA®, Verilog®, 또는 VHDL 코드를 MATLAB 및 Simulink에서 직접 자동으로 생성하여 핸드 코딩 에러를 없애십시오. 부동 소수점 및 고정 소수점 설계 툴을 사용하여 성능 제약 요인을 조사하십시오. 하드웨어와 무관하게 생성된 코드를 PLC 플랫폼의 통합 개발 환경(IDE)에 통합하여 실시간 하드웨어에 배포하거나 실시간 디버그에 활용하십시오.


확인 및 검증

모델의 요구 사항을 작성하고 가져오며 관리하여 설계, 테스트, 생성된 코드에 걸쳐 추적 가능성을 유지하십시오. 설계가 요구 사항을 충족하고 있음을 증명하고 모델 커버리지에 관한 테스트 케이스를 자동으로 생성하며, 정형(formal) 테스트 방법을 이용하여 개발 과정 전체에 걸쳐 설계의 질을 개선하십시오. 정형 방법과 정적 분석을 이용하여 모델과 코드의 적합성을 확인하십시오. 정적 코드 분석을 통해 버그를 찾고, 치명적인 런타임 오류가 없음을 증명하십시오. IEC 61508, ISO 26262, DO-178과 같은 산업 표준 인증을 받는데 필요한 보고서와 아티팩트를 생산하십시오.